Analisi multilivello BIM per la valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici in muratura

L’Italia è un paese caratterizzato da realtà urbane che presentano una morfologia estremamente eterogenea generata dallo sviluppo del tessuto in epoche storiche differenti. Spesso tali realtà sono caratterizzate da aggregati edilizi in muratura, frutto del risultato di processi non pianificati di sviluppo e dell’assemblaggio di edifici di età, materiali, tecniche di costruzione, dettagli costruttivi diversi i quali costituiscono l’ossatura dei centri storici minori. Data la loro posizione geografica nel contesto orografico italiano essi sono estremamente esposti al rischio sismico la cui mitigazione e riduzione costituisce un tema di particolare interesse. Negli ultimi anni proprio per questo motivo si sono sviluppate numerose tecniche e metodologie per la valutazione della sicurezza delle strutture esistenti, in particolar modo per gli edifici in muratura in modo da poter limitare gli esiti disastrosi dei terremoti in termini di perdite di patrimonio culturale ma soprattutto di vite umane. Per questo motivo la salvaguardia del tessuto urbano, ma in particolare dei centri storici, parte da un progetto di conoscenza teso ad evidenziare i principali fattori di vulnerabilità che contribuiscono alla valutazione del rischio a cui sono soggetti. Il processo di conoscenza, soprattutto nella fase di rilievo, è particolarmente complesso poiché richiede il management di dati estremamente eterogenei che vanno dall’unità edilizia all’aggregato strutturale e dall’intero nucleo urbano all’ambiente. I modelli di rappresentazione per la visualizzazione dei principali fenomeni di vulnerabilità forniscono un importante supporto per l’analisi della vulnerabilità strutturale per mezzo di procedure in grado di comprendere il comportamento degli edifici quando sono sollecitati sismicamente. Con questa consapevolezza la presente ricerca ha come obiettivo la definizione di uno strumento integrato multilivello in grado di gestire, analizzare e rappresentare la molteplicità, eterogeneità e complessità dei dati necessari per la valutazione della vulnerabilità sismica di edifici in muratura costituenti i centri storici. Attraverso la conoscenza approfondita e l’uso dei sistemi di modellazione parametrica, come i Building Information Modeling (BIM), è possibile determinare i più probabili cinematismi di collasso, sulla base di informazioni dedotte da un processo di conoscenza, e dunque di valutare i livelli di vulnerabilità sismica di ogni unità strutturale sia da un punto di vista qualitativo che quantitativo. Tale metodologia, testata su un caso di studio – Borgo San Rocco a Sora (FR) – consente altresì di evidenziare come le informazioni ottenute dalla sua applicazione siano di supporto nella gestione delle condizioni di emergenza. La procedura proposta è innovativa, poiché coniuga aspetti legati alla conoscenza della costruzione con differenti metodologie di analisi in modo razionale ed efficiente, organizzandoli e collegandoli a diversi livelli e stabilendo relazioni tra questi. Appare evidente come l’approccio utilizzato per l’analisi della vulnerabilità sismica della costruzione/aggregato sia strettamente correlato alle informazioni disponibili, riguardanti le proprietà geometriche e meccaniche, così come la storia e l’evoluzione dell’oggetto. A tale scopo, nella procedura proposta vengono definiti diversi livelli di indagine e analisi strutturale per arrivare alla valutazione della sicurezza sismica.

Italy is a country characterized by urban realities that present an extremely heterogeneous morphology generated by the development of the buildings in different historical periods. These realities are often characterized by masonry structural aggregates, the result of unplanned development processes and the assembly of older buildings, materials, construction techniques, different construction details which form the backbone of the smaller historic centers. Due to their geographical position in the Italian orographic context, they are extremely exposed to seismic risk whose mitigation and reduction is a topic of particular interest. In recent years, precisely for this reason, numerous techniques and methodologies have been developed for the assessment of the safety of existing structures, especially for masonry buildings in order to reduce the disastrous results of earthquakes in terms of losses of cultural heritage and also of human lives. For this reason, the protection of the urban layout, but in particular of the historical centers, starts from a knowledge project aimed at highlighting the main vulnerability factors that contribute to the assessment of the risk to which they are subject. The knowledge process, especially in the survey phase, is particularly complex since it requires the management of extremely heterogeneous data ranging from the building unit to the structural aggregate and from the entire urban core to the environment. The representation models for displaying the main vulnerability phenomena provide important support for the analysis of structural vulnerability by means of procedures capable of understanding the behavior of buildings when they are seismically stressed. With this awareness, the present research has as its objective the definition of an integrated multilevel tool capable of managing, analyzing and representing the multiplicity, heterogeneity and complexity of the data necessary for the evaluation of the seismic vulnerability of masonry buildings constituting the historic centers. Through in-depth knowledge and the use of parametric modeling systems, such as Building Information Modeling (BIM), it is possible to determine the most likely collapse kinematics, on the basis of information deduced from a knowledge process, and therefore to evaluate the levels of seismic vulnerability of each structural unit both from a qualitative and quantitative point of view. This methodology, tested on a case study - San Rocco Village in Sora (FR) - also allows us to highlight how the information obtained from its application is supportive in the management of emergency conditions. The proposed procedure is innovative, since it combines aspects related to the knowledge of construction with different analysis methods in a rational and efficient way, organizing and connecting them at different levels and establishing relationships between them. It is evident that the approach used for the analysis of the seismic vulnerability of the building / aggregate is closely related to the information available, concerning the geometric and mechanical properties, as well as the history and evolution of the object. To this end, in the proposed procedure different levels of investigation and structural analysis are defined to arrive at the seismic safety assessment.